液体中光声信号吸收衰减的研究

研究水的声吸收所引起的光声脉冲幅度的变化。脉冲声波由激光通过光击穿机制产生。文中给出了光声脉冲峰值声压与传播距离和声吸收系数之间的理论关系式。实验测量结果和理论曲线所描述的变化规律相符合。     

液体中声吸收对光声信号波形的影响

研究液体中声吸收对三种具有不同波形的脉冲光声信号的影响，把吸声介质视为一个线性、时空不变的低通滤波器，得到了考虑声吸收后光声脉冲的幅值和波形随传播距离变化的表达式。     

阿德雷企鹅声信号特征初步研究

企鹅是南极生物的代表，约有1.2亿只，其中阿德雷企鹅的种群最大，约占其总数量的1/3，主要分布在南极大陆东部和南极半岛及其沿岸岛屿。 南极鸟类发出的声信号是它们集群、行动、繁殖、辨认配偶及幼子、抚育后代和防御外来侵害保卫自己的重要功能之一。中外学者分别对南极某些鸟类的生态行为和发声信号进行了研究，并取得较好的研究成果(Taylor et al.，1990；张春光等，1991；程明华等，1992，1993；Kerry et al.，1993)。但有关企鹅在不同生态行为下发声信号的研究却较少，除Speirs等(1991)对企鹅发声识别能力进行研究外，迄今尚未见有关其他报道。因此，本文作者利用范振刚同志20世纪80年代从南极现场对企鹅录音磁带作为原始资料，采用日本产7T08信号处理器，对阿德雷企鹅伴随生态行为发出的声信号的波形结构、声频范围及频谱特征等有关物理参数进行了初步研究，为更好地保护企鹅、维持南极的生态平衡提供了科学依据。     

北海狮水下声信号类型分析

以水族馆内圈养的北海狮为研究对象,利用长达29 h的连续被动声学观测数据,对北海狮水下声信号类型进行了研究。共检测出22 689个水下声信号,对时长、最小频率、最大频率和峰值频率这4个声学参数采用聚类分析方法将信号分为10种类型:单脉冲(SP)、哨声(WS)、咕咕声(GG)、咚咚声(DS)、狗吠声(BK)、吼叫声(WY)、嗡嗡声(BZ)、撞击声(BG)、单频声(SF)以及咩咩声(BT)。该分类方式涵盖了北海狮92.6%的水下发声。北海狮水下声信号时长的均值为5~1 244 ms,峰值频率一般小于10 kHz。10种类型信号的占比各有不同,BK,BT和BG信号的比例较高;SP,WS和BZ信号的比例次之;DS,WY,SF和GG信号的比例较低。对北海狮水下声信号类型的分析能帮助了解北海狮的声行为特征,对野外北海狮的声学观测具有重要的指导价值。     

江豚声学行为的观察与水下声信号的初步研究

江豚(Neophocaena phocaenoides G. Cuvier)俗称江猪,属鲸目(Cetacea),齿鯨亚目(Odontoceti),鼠海豚科,是海豚类中最小型的一种,也是我国沿海最常见的一种近岸小型无鰭鼠海豚。一般体长不超过2米,体重约30-80公斤,如图1照片所示。 江豚与其他海洋哺乳动物一祥,能发出多变的声信号,而且每一种声信号都受其生态行为的支配。发声系统是它们赖以生存的重要官能。海豚用其发射的声信号测定水下目标的距离、方位和大小,以至判断其形状,因而能有效的绕过障碍,避开或驱逐来犯之敌。依靠其声信号能更有效的捕获足够的食物,营养自身,抚育后代。声信号是海洋哺乳类动物在自然界进行生存斗争的有利武器。声信号又是海洋哺乳动物的语言,借以进行“社会”联络和通讯,甚至教育它们的后代。为此。人们把它们的这种功能称作“第六官能”(sixth sense)。 观察海兽类的声学行为,测试分析其声信号的结构和物理特性,是揭示它们的回声定位系统的机制,破译其“语言”奥密所必不可少的一步。从而将为驯养它们成为人类的水下得力“助手”提供可靠的实验方案,也将为仿生学等新的学科研究提供有效的理论依据。 本实验是为了把江豚驯养成“水下警犬”使其在海湾、河口进行人工放养鱼群的放牧,以及协助人类进行水下作业等目的而进行的基础工作,也是研究海洋哺乳动物回声定位的发射与接收机制的探索。实验工作是在一定的半自然条件下,对江豚某些生态行为下的声信号作了较详细的记录与分析。     

不同光声脉冲信号与液体非线性参量测量

在不同的条件下，脉冲激光在液体中激发的光声脉冲波的波阵面可近似为平面，柱面或球面．具有不同波阵面的声脉冲在液体中传播时，其前沿上升时间随传播距离的变化规律不同，因此，液体非线性参量和声脉冲上升时间改变量之间的关系也不同。本文讨论了平面、柱面和球面的波阵面的光声脉冲波的上升时间和传播距离的关系，并给出了相应的Ｂ／Ａ的表达式．     

运动目标的主动声探测脉冲回波信号波形重构

水下主动声探测是水下目标探测的主要技术之一,其目标回波信号的模拟技术对水下作战防御、声呐和水中兵器以及水下目标探测系统的研制、实战操作训练等多项国防及民用领域具有十分重要的作用。 针对常见的 CW 和 LFM 主动声探测信号,开展了运动目标回波信号波形的重构技术研究。 在捕获得到主动声探测脉冲的条件下,利用“波形存储重发”的基本方法,根据运动目标相对运动速度,重新设置回波信号采样频率,从而实现宽带回波信号(LFM 信号)及窄带回波信号(CW 信号)的多普勒频移模拟。 根据目标回波时延信息,给出了目标回波时延重构模拟方法,并根据不同目标类型和入射方位给出了目标强度参数设置的参考。     

主动声探测信号的捕获与回波重构电路设计

针对主动声探测脉冲偶发、短时、超声、单频、大动态的特点,传统的微弱信号采集电路已不能满足对其探测捕获的需求。提出了一种多级放大多路同步采集的电路系统,对预处理的信号进行多级放大。 由 DSP 同时对多级输出信号进行采集与识别,将采集的某路合适信号进行分析并重构回波。该方法有效地提高了系统的实时性,满足实际情况下对主动探测脉冲的捕获与分析重构。     

单通道低功耗大容量海洋声信号测量仪的设计与实现

海洋环境噪声是海洋声场的背景场,通常被当作干扰项,许多国家纷纷投入力量,开展海洋环境噪声数据获取、分析及噪声场建模工作。针对海洋环境噪声的测量,同时为了满足设备在水下较长时间工作,设计了一种基于ARM芯片的海洋声信号高速数据采集系统,即单通道低功耗大容量海洋声信号测量仪,集成温度传感器、压力传感器和同步模块,具备定时和连续两种工作方式。采用ARM Cortex-M3微控制器LPC7168控制24位AD芯片ADS1271实现声信号采集,最高采样速率可达50 k,采集的AD数据以文件格式存储在SD卡(容量256 Gbyte)中。采用单片机PIC12F509作为值班电路,PIC12F509在控制系统工作时作为看门狗使用。经过实验室试验和湖试,验证系统工作稳定,数据采集存储正常,在消声水槽完成与DSG比测试验,通过对回放数据的分析,验证采集数据一致性较好。试验证明声信号测量仪是获取海洋环境噪声的重要设备。     

南海神狐海域天然气水合物饱和度的数值模拟分析

珠江口盆地神狐海域是天然气水合物钻探和试验开采的重点区域,大量钻探取心、测井与地震等综合分析表明不同站位水合物的饱和度、厚度与气源条件存在差异。本文利用天然气水合物调查及深水油气勘探所采集的测井和地震资料建立地质模型,利用PetroMod软件模拟地层的温度场、有机质成熟度、烃源岩生烃量、流体运移路径以及不同烃源岩影响下的水合物饱和度,结果表明：生物成因气分布在海底以下1 500 m范围内的有机质未成熟地层,而热成因气分布在深度超过2 300 m的成熟、过成熟地层。水合物稳定带内生烃量难以形成水合物,形成水合物气源主要来自于稳定带下方向上运移的生物与热成因气。模拟结果与测井结果对比分析表明,稳定带下部生物成因气能形成的水合物饱和度约为10%,在峡谷脊部的局部区域饱和度较高;相对高饱和度（＞40%）水合物形成与文昌组、恩平组的热成因气沿断裂、气烟囱等流体运移通道幕式释放密切相关,W19井形成较高饱和度水合物的甲烷气体中热成因气占比达80%,W17井热成因气占比为73%,而SH2井主要以生物成因为主,因此,不同站位甲烷气体来源占比不同。     

径向基函数神经网络在计算天然气水合物饱和度中的应用研究

天然气水合物饱和度的计算通常采用阿尔奇公式、双水模型、Wood 方程等方法,这些方法均基于孔隙度的求取,并需要配合岩心分析来获得公式中的有关参数,存在误差传递导致结果不正确的问题.由于天然气水合物是以固态形式赋存于地层当中,因此研究适用于含天然气水合物储层的评价模型也是解决准确评价天然气水合物储层需考虑的因素.针对沿用油气测井评价方法计算天然气水合物的孔隙度和饱和度中存在的问题,采用径向基函数作为人工神经网络,计算了我国首次采获水合物样品的神狐海域某井天然气水合物的饱和度,以其中一口井的分析数据为样本训练并建立径向基函数神经网络,有效地求出了另一口井的天然气水合物饱和度,其结果与现场孔隙水分析的饱和度基本吻合.避开了天然气水合物饱和度的模型建立及参数求取难题.     

低饱和度油藏原始饱和度计算及含水上升规律

受低幅度构造、地层倾角小、储层渗透率低、油源供给不足等因素影响,油层中存在自由水,若整个开发层系的油层大面积内均为油水同层,则称为低含油饱和度油藏。低含油饱和度油藏油井投产初期就具有一定含水率。由于室内岩心试验获得的油水相对渗透率曲线是在饱和油情况下进行,因此,油田实际含水与采出程度和利用室内试验曲线计算出的理论含水与采出程度曲线不能较好吻合,当油藏原始含水饱和度较高时这种误差会很大,导致含水与采出程度理论曲线无法正确预测油藏含水上升规律。根据试验获得的相渗曲线和实际生产数据,采用试验数据与生产实际相互印讧的方法,修正油藏含水上升规律,计算油藏原始含水饱和度,解决了油藏原始含油饱和度计算以及具有原始含水饱和度油藏含水上升规律预测问题,对正确认识油藏和开发指标预测具有重要意义。     

多孔介质中不同饱和度天然气水合物的分解特性研究

开采天然气水合物对缓解世界能源危机、解决中国天然气资源短缺问题具有重要现实意义。降压法是开采天然气水合物一种较为简单、安全、有效的方法,但是目前对水合物饱和度较高条件下的降压分解特性缺乏深入认识。在多孔介质（石英砂）体系开展了天然气水合物的生成与分解实验,研究了3种不同水合物饱和度（38.1%、42.1%、46.4%）条件下的水合物降压分解特性,分解压力分别为2 MPa和3 MPa。实验结果表明：2 MPa对应的产气速率较高,但是模拟储层温度会降至冰点以下,在实际水合物开采中会引起冰堵,阻碍水合物进一步分解。当分解压力为3 MPa时,在0～2 h内,随着水合物饱和度增加,产气速率减小;从2 h到水合物分解结束,水合物饱和度越高,产气速率越高;在降压阶段,不同饱和度水合物的储层温度（T1、T2、T3）快速下降且最低温度相似;在恒压阶段,不同饱和度水合物的储层温度开始回升,水合物饱和度越高,储层温度波动越大,并且恢复至实验设定温度需要的时间越长。研究结果将为水合物试采过程防止冰堵现象发生、提高气体回收率提供重要的理论参考。     

世界热点地区高饱和度天然气水合物有利沉积储集条件

天然气水合物是全球未来能源的接替资源,高饱和度（Sh＞50%）水合物储层是未来面向工业化开采的首要选择。截止到目前,高饱和度天然气水合物有利沉积相带与储层条件之间的关系仍缺乏系统研究。根据公开发表的文献资料,系统总结了墨西哥湾、日本南海海槽、韩国郁陵盆地、印度Krishna-Godavari盆地以及南海神狐海域等全球5个天然气水合物热点钻探区64口井取芯及井-震联合资料,对含水合物储层岩性、沉积环境、水合物饱和度等参数进行的详细总结分析表明：在必要的温压环境和气源条件下,深海平原区块体搬运沉积和浊流等高沉积速率的深水砂质沉积物赋存孔隙型水合物,水合物可分布在砂岩、极细砂岩、粉砂岩、粉砂质黏土和泥等粒级沉积物中,但高饱和度水合物主要赋存于粉砂-细砂岩中,储层孔隙度与饱和度具有一定的正相关性。中国南海神狐海域发现含有孔虫黏土质粉砂或粉砂质黏土这种特殊的细粒沉积物,其水合物饱和度可达到中高水平（20%～76 %）。上述研究成果及认识奠定了下一步寻找优质天然气水合物储层的地质基础,也可为高饱和度水合物商业化勘探开发提供理论依据。     

南海北部荔湾3区块天然气水合物分布特征及目标识别

针对天然气水合物钻探与取样难以解决的水合物矿体空间展布等问题,利用白云-荔湾凹陷高密度分析重新处理的三维地震资料,首先基于模糊数学的多属性融合技术对水合物分布进行刻画;再通过高分辨率速度场对浅层开展高分辨率宽频无井反演技术,提高了水合物层分辨率;最后,利用岩石物理方法及多种模型对水合物饱和度进行定量预测,实现了对5～6m厚水合物层的有效辨别,进而形成了一套适合于孔隙充填型的水合物矿藏目标识别评方法。结果表明:应用该技术可有效对荔湾3水合物富集区第四条带水合物空间刻画,揭示出该区水合物饱和度最高可超40%,同时薄层与厚层水合物具有明显互层分布特征,在水合物矿体刻画及饱和度预测基础上,进一步对该区实施了井位优选,该方法预测的水合物层与实际钻探H1和H2站位吻合较好。这些结果说明常规三维油气地震数据在经过宽频处理后可应用于高分辨率水合物勘探,节约经济成本,同时提高了常规地震在水合物勘探中精度与实用性。     

Neural adaptive robust control of underactuated marine surface vehicles with input saturation

This paper proposes a saturated tracking controller for underactuated autonomous marine surface vehicles with limited torque. First, a second-order open-loop error dynamic model is developed in the actuated degrees of freedom to simplify the design procedure. Then, a saturated tracking controller is designed by utilizing generalized saturation functions to reduce the risk of actuator saturation. This, in turn, improves the transient performance of the control system. A multi-layer neural network and adaptive robust control techniques are also employed to preserve the controller robustness against unmodeled dynamics and environmental disturbances induced by waves and ocean currents. A Lyapunov stability analysis shows that all signals of the closed-loop system are bounded and tracking errors are semi-globally uniformly ultimately bounded. Finally, simulation results are provided for a hovercraft vehicle to illustrate the effectiveness of the proposed controller as a qualified candidate for real implementations in offshore applications.     

The marine barite saturation state of the world's oceans

This paper addresses the question of the eventual control of barium concentration in seawater by an equilibrium with barite. For this, we have used a new thermodynamic model to compute the barite saturation index of ocean waters, mainly from GEOSECS data. Our results show that equilibrium between barite and seawater is reached in a number of places: cold surface waters of the Southern Ocean, waters at intermediate depths (2000–3500 m) in the Pacific, deep waters (2000–3500 m) of the Gulf of Bengal. The only samples for which a slight barite supersaturation is found are the surface waters at GEOSECS station G89 in the Weddell Gyre. Besides these locations, the rest of the world's oceans is undersaturated, as was established by Church and Wolgemuth [Church, T.M., Wolgemuth, K., 1972. Marine barite saturation, Earth Planet. Sci. Lett. 15 35–44.]. There is a return to undersaturation of the water column at depths of about 3500 m in the Pacific and of about 2500 m in the Southern Ocean. The reverse is found for GEOSECS station 446 in the Gulf of Bengal for which the highest Ba concentrations can be found at depth: surface waters are undersaturated and equilibrium is reached below 2000 m. Finally, we briefly discuss the role of biogenic and inorganic processes on barite formation in the ocean as well as the influence of strontium substitution in marine barites.     

沉积物孔隙毛细管压力与甲烷水合物饱和度关系研究

To better understand the relationship between the pore capillary pressure and hydrate saturation in sediments, a new method was proposed. First, the phase equilibria of methane hydrate in fine-grained silica sands were measured. As to the equilibrium data, the pore capillary pressure and saturation of methane hydrate were calculated. The results showed that the phase equilibria of methane hydrates in fine-grained silica sands changed due to the depressed activity of pore water caused by the surface group and negatively charged characteristic of silica particles as well as the capillary pressure in small pores together. The capillary pressure increased with the increase of methane hydrate saturation due to the decrease of the available pore space. However, the capillary-saturation relationship could not yet be described quantitatively because of the stochastic habit of hydrate growth.     

Geochemical characteristics of gases from the largest tight sand gas field (Sulige) and shale gas field (Fuling) in China

This study performed a detailed geochemical analyses of the components, stable carbon isotopes of alkane gas and CO₂, stable hydrogen isotopes of alkane gas and helium isotopes of reproducing gas from the largest tight gas field (Sulige) and shale gas (Fuling) field in China. The comparative study shows that tight gas from the Sulige gas field in the Ordos Basin is of coal-derived origin, which is characterized by a positive carbon and hydrogen isotopic distribution pattern (δ¹³C₁ > δ¹³C₂ > δ¹³C₃ > δ¹³C₄; δ²H₁ > δ²H₂ > δ²H₃), i.e., the carbon and hydrogen isotopes increase with increasing carbon numbers. Carbon dioxide from this field are of biogenic origin and the helium is crust-derived. Shale gas from the Fuling shale gas field belongs to oil-derived gas which has complete carbon and hydrogen isotopic reversal of secondary alteration origin (δ¹³C₁ < δ¹³C₂ < δ¹³C₃; δ²H₁ < δ²H₂ < δ²H₃), i.e., the carbon and hydrogen isotopes decrease with increasing carbon numbers. Such complete isotopic reversal distribution pattern is due to the secondary alteration like oil or gas cracking, diffusion and so on under high temperature. In that case, positive carbon or hydrogen isotopic distribution pattern will change into complete isotopic reversal as the temperature increases. Carbon dioxide is of abiogenic origin resulting from the thermal metamorphism of carbonates and helium is crust-derived.